江蘇楊樹人工林碳儲量分析研究

邢　瑋，戚維隆，趙　倩，葛之葳*

(1.南京林業(yè)大學(xué)生物與環(huán)境學(xué)院，江蘇　南京　210037;2.江蘇省林業(yè)科學(xué)研究院，江蘇　南京　211153)

江蘇楊樹人工林碳儲量分析研究

邢瑋1，2，戚維隆1，趙倩1，葛之葳1*

(1.南京林業(yè)大學(xué)生物與環(huán)境學(xué)院，江蘇南京210037;2.江蘇省林業(yè)科學(xué)研究院，江蘇南京211153)

摘要:為了探究江蘇楊樹人工林碳儲量分布情況，利用2010年江蘇省森林資源清查主要數(shù)據(jù)，分析了江蘇楊樹人工林空間分布格局以及碳儲量、碳密度與區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)狀況之間的相關(guān)性。結(jié)果顯示:江蘇楊樹人工林碳儲量區(qū)域差異大;國民生產(chǎn)總值與碳儲量間的相關(guān)關(guān)系說明，隨著社會經(jīng)濟(jì)條件的增長，人工林碳匯能力迅速下降，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)對于人工林碳匯貢獻(xiàn)很低;各地區(qū)林業(yè)生產(chǎn)總值與碳密度間的相關(guān)關(guān)系說明，林業(yè)生產(chǎn)總值較低和較高的地區(qū)楊樹人工林碳密度都偏低。建議通過建立完善的區(qū)域及行業(yè)間生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制和更科學(xué)的森林經(jīng)營措施保障楊樹人工林可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞:楊樹人工林;碳儲量;碳密度;國民生產(chǎn)總值;林業(yè)生產(chǎn)總值

森林植被儲有地球陸地生態(tài)系統(tǒng)最大的碳量，約占陸地生物圈碳儲量的60%［1－2］。目前，人工林正成為世界森林資源的關(guān)鍵組分，并且在整個森林可持續(xù)經(jīng)營中發(fā)揮著越來越重要的作用。隨著對天然林結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系的認(rèn)識，人們把實(shí)現(xiàn)人工林生態(tài)系統(tǒng)功能高效、穩(wěn)定并可持續(xù)作為經(jīng)營人工林的終極目標(biāo)［3－4］。據(jù)2010年最新森林資源清查數(shù)據(jù)顯示，作為中國人工林中的重要組成部分，長江中下游地區(qū)人工林栽培的主要樹種——楊樹人工林目前總面積已達(dá)757萬hm2。2010年江蘇省喬木林地137.603萬hm2，其中楊樹林面積92.773萬hm2，占喬木林面積的67.42%。楊樹人工林對于長江中下游地區(qū)生態(tài)環(huán)境建設(shè)意義重大，也是江蘇省碳匯林業(yè)的主要部分。本研究根據(jù)2010年森林資源清查

數(shù)據(jù)，以江蘇楊樹林生態(tài)系統(tǒng)為研究對象，估算其喬木層的碳儲量，并分析了全省各地不同林齡楊樹林碳儲量的差異，旨在了解江蘇楊樹林碳儲量現(xiàn)狀，為江蘇省和國家尺度的森林生態(tài)系統(tǒng)碳匯功能研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1　材料與方法

1.1研究資料

研究所采用的基本數(shù)據(jù)(江蘇省以及各地市各類森林資源的齡組、面積和蓄積等)來源于江蘇省2010年森林資源清查主要數(shù)據(jù)匯編［5］。

1.2森林碳儲量及碳密度計(jì)算

目前推算區(qū)域尺度的森林生物量方法有3類:平均生物量法、平均換算因子法和換算因子連續(xù)函數(shù)法［6－7］。其中，換算因子連續(xù)函數(shù)法是一種適用于我國且能很好地利用我國森林資源清查資料，更準(zhǔn)確地估算生物量的方法。研究利用其變形公式，即方精云等［7］建立的各個林分類型生物量與蓄積量之間的回歸方程，根據(jù)清查資料中已有的各林分蓄積量，計(jì)算其相應(yīng)的生物量。

喬木林生物量的計(jì)算公式如下:

式中Y為每公頃生物量，x為每公頃蓄積量。

碳儲量與生物量的換算系數(shù)(碳儲量/生物量)采用大尺度換算常用系數(shù)0.5［8］。

根據(jù)國家優(yōu)勢樹種(組)齡組劃分，南方楊樹人工林齡組可劃分為幼齡林(5 a以下)、中齡林(6～10 a)、近熟林(11～15 a)、成熟林(16～25 a)和過熟林(26 a以上)。

碳密度=碳儲量/面積。

參考文獻(xiàn)表12010年江蘇省各地區(qū)楊樹碳儲量和碳密度各地區(qū)楊樹人工林面積數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)自［5］。地區(qū)城市面積/hm2蓄積量/m3生物量/t碳儲量/t碳密度/(t/hm2) 24 0122 367 0901 125 345562 67323.43無錫2 510325 653154 84677 42330.84常州2 133199 56194 90247 45122.25蘇南地區(qū)蘇州1 089118 66156 44228 22125.92鎮(zhèn)江10 162975 592463 827231 91422.82南京長江流域合計(jì)240 15034 536 16016 418 5218 209 26034.18連云港106 94213 767 0736 544 8973 272 44830.60淮安179 94926 118 21712 416 6316 208 31634.50淮河流域蘇北地區(qū)鹽城112 76014 736 6757 005 8463 502 92331.07宿遷178 05925 881 88312 304 2786 152 13934.55合計(jì)817 860115 040 00854 690 17327 345 086江蘇省合計(jì)39 9063 986 5571 895 362947 682南通5 853689 296327 722163 86128.00蘇中地區(qū)揚(yáng)州48 6886 509 1133 094 4631 547 23231.78泰州15 4271 909 904907 999454 00029.43合計(jì)69 9689 108 3134 330 1842 165 093徐州927 734128 134 87860 915 71930 457 861 表22010年江蘇省各地不同齡組楊樹人工林碳儲量不同齡林楊樹面積數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)自［5］。森林類型面積/hm2蓄積量/m3總生物量/t總碳儲量/t碳密度/(t/hm2)幼齡林15540 90319 4769 73862.83 198 57119 792 0229 409 1584 704 57923.69中林齡671 27697 709 13646 450 95423 225 47734.60近熟林51 3909 390 9244 464 4762 232 23843.44成熟林6 3331 201 480571 214285 60745.10過熟林

2　結(jié)果與分析

2.1江蘇楊樹人工林碳儲量和平均碳密度空間分布

根據(jù)江蘇省2010年森林資源清查資料的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，計(jì)算出2010年江蘇省楊樹人工林碳儲量為3 045.78萬t，占當(dāng)年全省森林總碳儲量的59.40%(見表1)。從碳儲量的空間分布看，江蘇省不同地區(qū)楊樹人工林碳儲量差異較大。2010年蘇南、蘇中和蘇北地區(qū)楊樹人工林碳儲量分別占全省的3.11%，7.11%和89.78%，平均碳密度以蘇北最高、蘇南較低。在全省13個地級市中，徐州市的楊樹人工林碳儲量最大，為820.93萬t，約占全省總量的26.95%，其次是淮安市、宿遷市，分別為620.83萬，615.21萬t，分別占全省的20.38%，20.20%，最低的是蘇州市，楊樹人工林碳儲量僅占全省的0.09%。平均碳密度以宿遷市最高，達(dá)到34.55 t/hm2;其次是淮安市和徐州市，分別為34.50，34.18 t/hm2;平均碳密度最低的是常州市，僅為22.25 t/hm2。

2.2江蘇不同齡組森林的碳儲量和平均碳密度

森林的碳儲量與森林的年齡組成密切相關(guān)。2010年，全省楊樹人工林面積、碳儲量都主要分布在中齡林中，分別占全省總量的72.36%和 76.26%。然而，其碳密度卻只有近熟林、成熟林和過熟林的79.65%，76.72%和55.06%。由此可見，江蘇省楊樹人工林平均年齡偏低，導(dǎo)致碳密度不高，固碳潛力尚待開發(fā)。

2.3江蘇各城市楊樹人工林碳儲量和碳密度與社會經(jīng)濟(jì)狀況的相關(guān)性

江蘇是全國經(jīng)濟(jì)發(fā)展較快的省份之一。2009年全省實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)總值34 061.19億元，比2008年增長12.4%，人均GDP按當(dāng)年匯率折算超過6 400美元，財(cái)政總收入突破8 000億元。然而，全省各個城市發(fā)展不均衡(見表3)，蘇北地區(qū)社會經(jīng)濟(jì)條件明顯低于蘇南地區(qū)，而且林業(yè)生產(chǎn)總值所占比例普遍偏低，呈現(xiàn)各地區(qū)間國民生產(chǎn)總值與林業(yè)生產(chǎn)總值之間的負(fù)相關(guān)關(guān)系。在此背景下，人工林碳儲量與碳密度與社會經(jīng)濟(jì)狀況之間必然存在一定的關(guān)系。而楊樹作為江蘇主要營林樹種，能夠具有代表性地反應(yīng)各地區(qū)人工林碳儲量與碳密度的現(xiàn)狀。

表3　2010年江蘇省各城市社會經(jīng)濟(jì)狀況［9］

各城市的國民生產(chǎn)總值反應(yīng)了各城市社會總體經(jīng)濟(jì)水平，而其與主要造林樹種的碳儲量的相關(guān)關(guān)系則能夠反映碳匯管理水平的高低。本研究應(yīng)用了指數(shù)函數(shù)(R2=0.486)、對數(shù)函數(shù)(R2=0.293)、冪函數(shù)(R2=0.528，P=0.005)、線性模型(R2=0.225)、多項(xiàng)式模型(一元二次方程) (R2=0.287) 5種數(shù)學(xué)模型進(jìn)行曲線擬合分析。結(jié)果顯示，y=4×109x－2.27較好地反映了江蘇省各城市國民生產(chǎn)總值與楊樹人工林碳儲量之間的關(guān)系(如圖1)，說明隨著社會經(jīng)濟(jì)條件的增長，人工林碳匯能力在迅速下降，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)對于人工林碳匯貢獻(xiàn)很低。

圖1　江蘇省各城市國民生產(chǎn)總值與楊樹人工林碳儲量相關(guān)性分析

3　結(jié)論與討論

圖2　江蘇省各城市林業(yè)生產(chǎn)總值與楊樹人工林碳密度相關(guān)性分析

(1)江蘇省楊樹人工林分布不均衡，碳儲量區(qū)域差異大。經(jīng)濟(jì)相對比較發(fā)達(dá)的蘇南地區(qū)林業(yè)生產(chǎn)總值平均只占國民生產(chǎn)總值的0.15%，因此各級政府、企業(yè)對于人工林營造工作投入必然更少。這種社會經(jīng)濟(jì)宏觀上的不可持續(xù)性最終會對社會生態(tài)健康產(chǎn)生負(fù)面影響，甚至制約經(jīng)濟(jì)的發(fā)展［10－11］。這也是生態(tài)文明建設(shè)工作需要重點(diǎn)解決的問題。緩解這一矛盾的主要手段為建立區(qū)域間生態(tài)補(bǔ)償?shù)恼{(diào)控機(jī)制，使得林業(yè)經(jīng)濟(jì)進(jìn)入良性發(fā)展的軌道［12］。公益林碳儲量相對較低的經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)應(yīng)該向公益林碳儲量高的地區(qū)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償，將環(huán)境成本納入?yún)^(qū)域經(jīng)濟(jì)核算成本中，實(shí)現(xiàn)全省的可持續(xù)發(fā)展。

(2)林業(yè)生產(chǎn)總值較低城市楊樹人工林碳密度普遍偏低。林業(yè)生產(chǎn)總值較低的區(qū)域如常州(1.26億元)、泰州(2.85億元)、南通(3.01億元)楊樹人工林碳密度只有22.25，29.43，28.00 t/hm2。這可能是由于經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出仍是這些地區(qū)發(fā)展的首要任務(wù)，作為對國民生產(chǎn)總值貢獻(xiàn)較低的林業(yè)未能受到普遍重視［13］。

對于這一部分地區(qū)應(yīng)該增加政府林業(yè)產(chǎn)業(yè)方面的投入，完成由單純的森林面積擴(kuò)大向森林質(zhì)量提高的轉(zhuǎn)變，大力發(fā)展人工林集約經(jīng)營，擴(kuò)大森林生態(tài)系統(tǒng)能流多級利用、生態(tài)位分化等林業(yè)生態(tài)工程理論的應(yīng)用范疇，最終達(dá)到林業(yè)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)出與森林碳密度的雙贏。

(3)林業(yè)生產(chǎn)總值比較高的城市楊樹人工林碳密度也有降低的趨勢。林業(yè)生產(chǎn)總值較高的區(qū)域如鹽城(17.58億元)、蘇州(16.18億元)、無錫(15.54億元)楊樹人工林碳密度也只有31.07，25.92，30.84 t/hm2，都在江蘇省碳密度平均水平32.83 t/hm2以下。這種現(xiàn)象出現(xiàn)的原因是由于這些林業(yè)生產(chǎn)總值較高的地區(qū)對于林業(yè)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)出有一定的依賴性，從而產(chǎn)生了對于人工林生態(tài)系統(tǒng)碳庫的過度利用。這種重度干擾會限制區(qū)域碳密度現(xiàn)存量的增長，出現(xiàn)林業(yè)生產(chǎn)總值與現(xiàn)存碳密度負(fù)相關(guān)關(guān)系，最終降低森林質(zhì)量，導(dǎo)致土壤肥力無法支持高強(qiáng)度的林業(yè)經(jīng)營方式［14－15］。因此，應(yīng)該適當(dāng)延長輪伐期、實(shí)施全面的樹種輪作制度，提高森林經(jīng)營管理水平。并且通過行業(yè)利潤轉(zhuǎn)移等方式降低林業(yè)產(chǎn)業(yè)直接經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)出的要求，加強(qiáng)森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能維護(hù)，實(shí)現(xiàn)林業(yè)產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

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Analysis on carbon storage of poplar plantation in Jiangsu Province

XING Wei1，2，QI Wei-long1，ZHAO Qian1，GE Zhi-wei1*

(1.College of Biology and the Environment，Nanjing Forestry University，Nanjing 210037，China;

2.Jiangsu Academy of Forestry，Nanjing 211153，China)

Abstract:In order to analyze the carbon storage distribution of poplar plantation of Jiangsu Province，the data of forest resources assessment in Jiangsu Province(2010) was analyzed in this paper.The correlations between the spatial distribution，carbon storage and density of poplar plantation and regional social economic status in Jiangsu Province were revealed.The results showed that there were large regional differences existing in the carbon storage of poplar plantation，and with regional social and economic developments，the carbon storage of poplar plantation declined sharply.The function relationship indicated that economical regions with poorer or better forestry produce had lower carbon density in poplar plantation.The possible solutions to existing issues on poplar plantation in Jiangsu Province included the establishment of ecological compensation mechanism among different regions and industries，and the improvement of forest management pattern.

Key words:Poplar plantation; Carbon storage; Carbon density; Gross domestic product; Forestry produce

通信作者:*葛之葳(1981－)，男，安徽省廣德縣人，講師，博士，主要研究方向:森林生態(tài)系統(tǒng)碳庫動態(tài)變化規(guī)律及影響因子分析。E-mail: nerrynor@163.com。

作者簡介:邢瑋(1981－)，女，河北省高邑縣人，助理研究員，博士研究生，主要研究方向:森林生態(tài)學(xué)。

基金項(xiàng)目:江蘇省基礎(chǔ)研究計(jì)劃(自然科學(xué)基金)青年基金項(xiàng)目“氮沉降對楊樹人工林SOC同位素效應(yīng)研究”(BK20130973) ;江蘇省林業(yè)科學(xué)研究院青年科技基金項(xiàng)目“江蘇速生楊樹林固碳效益研究”(JAF-2009-3) ;江蘇省林業(yè)三新工程項(xiàng)目“江蘇主要造林樹種碳匯計(jì)量模型構(gòu)建與應(yīng)用”(LYSX［2013］01)

收稿日期:2014-12-19;修回日期:2015-02-27

文章編號:1001－7380(2015) 02－0015－04

中圖分類號:S750

文獻(xiàn)標(biāo)識碼:Adoi:10.3969/j.issn.1001－7380.2015.02.004